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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學生姓名
姜保羅
院系
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-10班
指導教師姓名
紀峻嶺
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
黃?？蛙囍苿幽芰炕厥障到y(tǒng)設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
汽車在制動時，其動能通過制動器的摩擦片和制動鼓的摩擦作用產(chǎn)生熱能而被浪費掉，不能加以利用，本課題綜合考慮了上述多種因素設(shè)計了新型電控液驅(qū)汽車。它能很好滿足汽車的節(jié)能環(huán)保等方面的要求。通過電控液驅(qū)客車的設(shè)計研究，可以掌握電控液驅(qū)汽車的關(guān)鍵技術(shù)。促進定壓網(wǎng)絡(luò)液壓馬達控制系統(tǒng)。理論的發(fā)展，并使二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)盡快應(yīng)用于車輛中。同時，也為今后電控液驅(qū)汽車的研究打下堅實基礎(chǔ)。新型電控液驅(qū)汽車降低燃油消耗量和減少有害排放效果是很明顯的。這對于我國石化燃料不足，其他代替品尚未開發(fā)利用的現(xiàn)狀以及環(huán)節(jié)城市空氣污染狀況來說有深遠意義。
新型電控液驅(qū)客車能夠顯著提高車輛經(jīng)濟性，排放性，和主動安全性等多方面性能，是對常規(guī)契合就較大變革的，機電液一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。隨著對車輛節(jié)能環(huán)保性能的重視與要求日益提高，具有良好節(jié)能環(huán)保性能的新型電控液驅(qū)客車顯然具有很大市場需求與發(fā)展前景。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
1.設(shè)計內(nèi)容:
設(shè)計一種新型電控液驅(qū)汽車液壓系統(tǒng)。能夠提高車輛的經(jīng)濟性，排放性。確定液壓系統(tǒng)總成，進行各個相關(guān)零部件的設(shè)計與計算。
2.擬解決的主要問題：
(1)電控液驅(qū)客車底盤布置方案設(shè)計，分析與優(yōu)化。
(2)液壓系統(tǒng)的設(shè)計與相關(guān)部件的設(shè)計和計算
(3)重點是液壓元件的設(shè)計與計算。在保證性能的前提下，盡可能減小質(zhì)量和體積。
(4)對新型電控液壓汽車的動力性進行仿真分析
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果：
1、設(shè)計說明部分：
（1）畢業(yè)設(shè)計計算說明書（15000字）
2、設(shè)計圖紙：
圖紙（折合零號圖至少三張）
四、進度安排
（1）資料收集、調(diào)研，完成開題報告 第1～2周 （2月28日～3月15日）
（2）熟悉掌握新型電控液驅(qū)汽車特點 第 3 周 （3月16日～3月24日）
（3）能量回收系統(tǒng)方案設(shè)計 第4～5周 （3月25日～4月 7 日）
（4）設(shè)計參數(shù)的選擇、設(shè)計、計算 第6～10周（ 4月8日～5月12日 ）
（5）設(shè)計說明書定稿，完成圖紙繪制 第11～14周（5月13日～6月16日）
（6）設(shè)計審核、修改 第15～16周（ 6月17日～7月1日 ）
（7）準備答辯 第 17 周（ 7月2～7月3日 ）
五、主要參考資料
[1] 工程機械液壓與液力傳動。吉林工業(yè)大學等校編寫.機械工業(yè)出版社
[2] 孫永忠.聯(lián)體泵馬達系統(tǒng)特性計算機仿真。北京理工大學碩士學位論文 1997
[3] 張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計。化學工業(yè)出版社2007
[4]常思勤，易綱.一種新型電控葉淺予車輛的性能仿真與分析.南京理工大學學報 2004
[5]胡壽松.自動控制原理【M】 科學出版社 2001
[6]韓文.新型電控液驅(qū)車關(guān)鍵技術(shù)研究【D】 南京理工大學2005
[7]胡紀濱.高效液壓機械連續(xù)無級傳動理論分析和試驗研究 北京理工大學碩士論文
[8]雷天覺.新編液壓工程手冊(上)[M].北京:北京理工大學出版社,1998
[9] Krshna V Mohan，Oner Ariel，Song．-Lin Yang，and John H Johnson．A Computer
Simulation of the turbocharged Vehicle Engine Cooling System Simulation．SAE Paler
97l 804，1997
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-10
優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）推薦表
題 目
黃?？蛙囍苿幽芰炕厥障到y(tǒng)設(shè)計
類別
畢業(yè)設(shè)計
學生姓名
姜保羅
院（系）、專業(yè)、班級
汽車與交通工程學院車輛工程07-10班
指導教師
紀峻嶺
職 稱
副教授
設(shè)計成果明細：
答辯委員會評語：
答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日
備 注：
注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計、其他
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1課題研究現(xiàn)狀
液壓傳動由于其本身所具有的高功率重量比，體積小且能進行無級調(diào)速等特點，使得液壓傳動具有在汽車、工程機械、拖拉機及軍事車輛等中運用的潛力。
在國外，70年代由于能源危機的出現(xiàn),以節(jié)能為目的的研究工作相繼開，通過對二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)施以不同的控制策略，可使車輛的燃油經(jīng)濟性提高，節(jié)省燃油可達30%。瑞典對二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)在牽引機車和叉車上的應(yīng)用進行了理論研究，得出結(jié)論：在這兩個領(lǐng)域，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)比飛輪儲能復合傳動系統(tǒng)更有效。美國烕斯康星大學也對蓄能器儲能復合傳動進行了研究，并于1985年在德國禮公司的公共汽車上得到實現(xiàn)。通過推算，得出結(jié)論：將公共汽車的傳 動系統(tǒng)改成二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，三年內(nèi)車輛節(jié)省的開支就可以回收改裝成本，而且 同時還有降低發(fā)動機廢氣排放的好處。最近幾年加拿大、日本一些學者仍在繼 續(xù)進行此方面的研究，并將成果申請了專利。
在國內(nèi)，對該方面的硏究還不多，主要是哈爾濱工業(yè)大學和東北農(nóng)業(yè)大學。 哈爾濱工業(yè)大學主要是對液壓系統(tǒng)進行了理論分析和計算機仿真方面的研究。 上海交通大學對二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)也進行了理論上的研究,但是尚無樣車的試驗研究。 東北農(nóng)業(yè)大學提出了一種電控液壓復合驅(qū)動系統(tǒng)，并對其進行了理論研究。
與二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能原理相似的是混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。目前，從事該方面研究的人也越來越多。具有代表性的是1997年豐田公司在車上使用的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)則。該系統(tǒng)在減小排放，提髙燃油經(jīng)濟性方面是比較明顯，目前已有數(shù)種車型投放市場井將得到更廣泛的應(yīng)用。但是,由于作為該系統(tǒng)的重要組成元件之一的蓄電池的造價較高，使用壽命也較低。
而對于二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，隨著液壓元件性能的提高和價格的降低，電子技術(shù)的飛越，將有越來越多的國內(nèi)外學者從事該領(lǐng)域的研究，并在未來將電控液驅(qū)汽車 推向市場，實現(xiàn)商品化，使電控液驅(qū)汽車真正進入百姓生活。
1.2 研究的目的和意義
壓傳動由于其本身所具有的高功率重量比，體積小且能進行無級調(diào)速等特點，使得液壓傳動具有在汽車、工程機械、拖拉機及軍事車輛等中運用的潛力。在國外，70年代由于能源危機的出現(xiàn)，以節(jié)能為目的的研究工作相繼開，通過對二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)施
以不地球是人類生存和發(fā)展的家園，地球上的資源是有限的。自從1973年石油危機以來，人們倍加意識到能源的有限性。與此同時，地球環(huán)境也遭受多種產(chǎn)業(yè)及交通工具污染的威脅，汽車工業(yè)及汽車對環(huán)境的污染是其中的一個重要方面。 而交通事故造成很多人員的傷亡及巨大經(jīng)濟損失，已是社會的公害則。因此發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、安全型汽車是汽車行業(yè)的主要研究方向。 汽車在制動時，其動能通過制動器的摩擦片和制動鼓的摩擦作用產(chǎn)生熱能而 被浪費掉，不能加以利用。本課題綜合考慮了上述多種因素設(shè)計了新型電控液驅(qū)汽車。它能很好滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全等方面的要求。通過電控液驅(qū)客車 的設(shè)計研究，可以掌握電控液驅(qū)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，促進定壓網(wǎng)絡(luò)液壓馬達控制系 統(tǒng)（二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)）理論的發(fā)展，并使二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)盡快應(yīng)用于車輛中。同時， 也為今后電控液驅(qū)汽車的研究打下堅實的基礎(chǔ)。新型電控液驅(qū)汽車降低燃油消耗 量和減少有害排放的效果是很明顯的。這對于當前我國石化燃料不足，其它代替 能源尚未完全幵發(fā)利用的現(xiàn)狀以及緩解城市空氣污染狀況來說具有很深遠的意義。 新型電控液驅(qū)汽車能夠顯著提高車輛經(jīng)濟性、排放性能和主動安全性等多方面的性能，是對常規(guī)汽車有較大變革的、機電液一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。隨著對車輛節(jié)能環(huán)保性能的重視與要求的與日提高，具有良好節(jié)能環(huán)保性能的新型電控液驅(qū)客車。
設(shè)計一種新型電控液驅(qū)汽車液壓系統(tǒng)。能夠相助提高車輛經(jīng)濟性，排放性和主動安全性等多方面的性能。確定液壓系統(tǒng)的總體組成，進行各個相關(guān)部件的設(shè)計與計算。
1. 電控液驅(qū)客車底盤布置方案設(shè)計，分析與優(yōu)化。
2. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與相關(guān)部件的設(shè)計與計算。
3. 重點是液壓元件的設(shè)計與計算。在保證性能的前提下，盡可能減小質(zhì)量和體積。
4. 對新型電控液驅(qū)汽車進行經(jīng)濟性和動力性分析
第2章 新型電控液驅(qū)汽車工作原理及分析
2.1新型電控液驅(qū)汽車的工作原理
電控液驅(qū)汽車具有節(jié)能、環(huán)保、操縱方便等優(yōu)點。其液壓系統(tǒng)的基本方案見圖2.1。
1、電控單元2、發(fā)動機3、溢流閥4、單向閥5、液壓泵6、開關(guān)閥
7、 液壓蓄能器8、二次元件〔液壓泵丨馬達）9、減速器10、驅(qū)動車輪
圖2.1新型電控液驅(qū)汽車的基本方案
新型電控液驅(qū)汽車的工作原理：由電控單元1控制發(fā)動機2間歇工作于最佳經(jīng)性區(qū)域，發(fā)動機直接驅(qū)動液壓泵。給液壓系統(tǒng)和液壓蓄能器7提供恒定高壓油。壓力油的作用下 二次元件（變量馬達）8通過減速器9驅(qū)動車輛的驅(qū)動輪10，實現(xiàn)車輛的加速和勻速行駛。當車輛在制動過程中，二次元件在電控單元1的控制下，使二次元件處于液壓泵工作狀態(tài)，所輸出的液壓油送入液壓蓄能器，將車輛的動能以液壓能的形式存儲在液壓蓄能器中。在起動和加速過程中液壓蓄能器中的壓力能又通過工作于液壓馬達工況的二次元件轉(zhuǎn)變?yōu)槠嚨膭幽?。這樣，使得發(fā)動機工作與否和汽車的行駛工況基本無關(guān)，而只取決于液壓蓄能器的壓力。發(fā)動機可以最大限度地工作在最佳經(jīng)
2.2與混合動力車的比較
2.2.1 節(jié)能，環(huán)保性能比較分析
以混合動力汽車相同的整車有關(guān)參數(shù)及相同的發(fā)動機進行車輛的性能仿真計算。其主要技術(shù)參數(shù)見表2.1。其中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)是指由混合動力汽車改為電控液驅(qū)汽車后的數(shù)值。混合動力汽車的發(fā)動機萬有特性圖見圖2.2。
NEDC工況是歐洲使用的一種用于測試輕型車輛及轎車的燃油經(jīng)濟性的車輛試驗
表2.1 混合動力汽車的整車有關(guān)參數(shù)
參數(shù)
數(shù)值
車輛總質(zhì)量（kg）
1000
車輛迎風面積A
1.9
發(fā)動機最大功率（kw）
50
空氣阻力系數(shù)
0.25
旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)
1.01
圖2.2 Insight混合動力車的發(fā)動機萬有特性圖
標準。圖2.3是NEDC工況圖。從圖中可以看出，NEDC工況分為若干個加速、等速、減速和怠速工況。假設(shè)車輛在水平的路面上按NEDC工況的要求行駛，直至行駛100公里。每一個NEDE工況結(jié)束的蓄能器壓力即為下一個工況蓄能器的初始壓力。車輛釆用的是變量泵。發(fā)動機所釆用的控制策略：發(fā)動機工作與否完全取決于蓄能器的壓力而與車輛的行駛情況無關(guān)，當蓄能器的壓力低于其最低壓力，則發(fā)動機工作在燃油消耗率最低的區(qū)域，也即發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟區(qū)。發(fā)動機提供的能量一部分用來驅(qū)動車輛行駛，一部分存儲在蓄能器中。當蓄能器的眼里達到最大值時，發(fā)動機處于怠速狀態(tài)，車輛行駛所需的能量完全由蓄能器提供。此時，蓄能器開始釋放液壓能，待蓄能器的壓力低于其最低壓力值時發(fā)動機才再次工作。若發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟區(qū)內(nèi)所提供的功率無法滿足車輛行駛要求時，就逐步提高發(fā)動機與轉(zhuǎn)速，直至滿足車輛行駛要求為止。當車輛減速行駛或制動時，發(fā)動機也處于怠速狀態(tài)，車輛所有的動能通過變量瑪法儲存在蓄能器中，進行能量回收。
表2.2是電控液驅(qū)車在不同的蓄能器體積和初始壓力下的NEDC工況的百公里 燃油消耗量和能量回收率。其中，能量回收率是蓄能器回收的總能量和車輛按NEDC工況
圖2.3 NEDC工況圖
行駛時所能回收的總能量的比值。這里所能回收的總能量是指所有減速工況車輛所具有的動能的總和。蓄能器的體積為40L時，其對應(yīng)的NEDC工況的能量回收率最髙，而NEDC工況的百公里燃油消耗量最低。其平均百公里燃油消耗量為3.87 L/KM蓄能器的體積減小時，因其能量回收率降低，使得其NEDC工況的百公里燃油消耗量有所增大。
表2.2 NDEC工況的百公里燃油消耗率及能量回收率
蓄能器體積
（L）
初始壓力
（MPa）
最終壓力
(MPa)
燃油消耗率
（L/KM）
能量回收率
（%）
40
20
30.7
3.88
56.2
40
25.75
30.7
3.87
56.2
40
31.5
30.7
3.86
56.2
25
20
31.5
3.96
47.8
25
25.75
31.5
3.95
47.8
25
31.5
31.5
3.94
47.8
16
20
31.5
4.06
37.6
16
25.75
31.5
4.05
37.6
16
31.5
31.5
4.04
37.6
2.2.2 動力性分析
1.加速性能分析：
表2.3是Insingt混合動力汽車與電控液驅(qū)汽車的加速性能比較。在車輛從0加速到100km/h的過程中，Insing混合動力汽車的性能與電控液驅(qū)汽車的性能差不多。但是在車輛從100km/h加速到最高車速時，Insingt混合動力汽車的性能顯然比電控液驅(qū)汽車的性能要好一些。這主要是因為Insingt混合動力汽車的傳動效率較高，而電控液驅(qū)汽車的功率從發(fā)動機經(jīng)變量（定量〕泵和變量馬達及主減速器傳遞到車輪上的效率較低，一般只有0.8左右。這樣使得相同功率的發(fā)動機所達到的車輛的最髙車速是不一樣的。Insingt混合動力汽車的最高車速 要比電控液驅(qū)汽車的最髙車速大，且在高速情況下的加速性能要好一些。
比較項目
Insight混合動力車
Insight參數(shù)下
的電控液驅(qū)車
0-100km/h所用時間（s）
12.5
12.9
100-150km/所用時間（S）
17.3
30.7
0-150km/h所用時間（S）
29.8
43.6
最大加速度（
4.5
3.6
5秒所行駛的距離（m）
44.4
44.8
0-400m所用時間（s）
18.7
18.6
表2.3 Insight混合動力車與電控液驅(qū)客車的加速度比較
2.爬坡能力分析
圖2.5車輛的最大爬坡度與行駛速度關(guān)系
假設(shè)車輛以給定的車速勻速爬坡。車輛的最大爬坡度與爬坡時蓄能器的壓力有關(guān)。蓄能器的壓力越大，最 大爬坡度越大。在給定蓄能器的初始壓力下,當車輛行駛的速度小于44km/h時， 變量馬達的轉(zhuǎn)速較低，由于變量馬達的最大排量限制，變量馬達所能提供的功率 要小于發(fā)動機的最大功率，因此在這一速度區(qū)間內(nèi)車輛的最大爬坡度受到變量馬達的最大排量的限制，沒有完全利用發(fā)動機的功率。這時通過增大變量馬達的排 量可以在一定程度上提高最大爬坡度的數(shù)值。同時也能改善車輛在低速時的加速性能。車輛行駛的速度等于或大于44km/h時，正好是變量馬達所能提供的功率等 于或大于發(fā)動機的最大功率。這時最大爬坡度就與變量馬達的最大排量無關(guān)了,而與發(fā)動機的最大功率有關(guān)。
2.3新型電控液驅(qū)客車特點
釆用二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)動機的工作情況與負荷基本無關(guān)，可以保證發(fā)動機絕大部分時間工作于最佳經(jīng)濟性區(qū)域，同時實現(xiàn)制動能量的回收，將顯著提高車輛經(jīng)濟性。而且在提高經(jīng)濟性的同時，可顯著減少有害排放物。由于該種車輛中存在高壓恒定液壓源，“電控液驅(qū)”可進一步擴展到車輛的其他子系統(tǒng)中，這一目標的實現(xiàn)不僅可以進一步提髙車輛性能，而且也對簡化結(jié)構(gòu)與降低制造成本有益。 例如，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可實現(xiàn)電控液驅(qū)且各車輪獨立控制與調(diào)節(jié)的動力轉(zhuǎn)向；在懸架系 統(tǒng)中，可利用電控液驅(qū)實現(xiàn)主動懸架的功能。此外，目前已在一些車型中得到應(yīng)用的電控液驅(qū)冷卻風扇等也可實現(xiàn)一體化的設(shè)計與控制。車輛的特點表明其特別適用于頻繁剎車、起動的城市公交車輛、越野車輛、清掃車輛、起重車輛、礦用挖掘車輛等。
二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)完全可逆的斜盤式軸向柱塞泵廣 馬達（二次元件）的斜盤傾角來適應(yīng)外負載的變化。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下特點： 1. 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液壓泵和二次元件的配合使用，可以使二次元件的輸出軸 上轉(zhuǎn)速進行無級調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳動系的無級變速，可使發(fā)動機在任何車輛行駛速度下都能充分發(fā)揮其功率，從而大大改善車輛的動力性，起步平穩(wěn)，操縱方便。由于系統(tǒng)是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，在系統(tǒng)的主要能量傳輸管路中沒有會產(chǎn)生節(jié)流損失的液壓元件（如減壓閥、節(jié)流閥等彡，從而提髙了系統(tǒng)效率。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過控制馬達排量的方向來控制馬達的轉(zhuǎn)向,通過改變馬達 的排量來改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小，從而得到所需的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速。由于釆用了完全可逆的液壓馬達，所以系統(tǒng)可以將負載的制動能量回收儲存起來并再加以重新利用。由于系統(tǒng)中具有液壓蓄能器,當負載突然加大時，蓄能器可短期提供一部 分能量，起到平衡峰值功率的作用，從而可適當減小通常須按峰值功率選用的發(fā)動機與液壓泵，提高系統(tǒng)效率。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在近似恒壓的系統(tǒng)中傳遞能量的，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中可連接多個互不相關(guān)的負載，這使多個車輪獨立驅(qū)動、制動成為可能。同時也為今后進一步實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、懸架等子系統(tǒng)的一體化控制與調(diào)節(jié)提供了前提條件。這些特點都表明了二次調(diào)節(jié)靜液儲能傳動系統(tǒng)在節(jié)約能源、環(huán)境保護方面具有極大的優(yōu)勢。
有極大的優(yōu)勢和潛力。
2.4本章小結(jié)
本章把電控壓驅(qū)動汽車與insinght混合動力汽車在性能各方面進行粗略的比較，同時簡要概括了其特點，分析得出其動力性與燃油經(jīng)濟性與混合電動汽車相當。但由于其元件系列化成都與控制技術(shù)相對成熟，使得電控液驅(qū)汽車具有良好的應(yīng)用前景。 與混合動力汽車相比，新型電控液驅(qū)汽車在車輛性能、主要部件的技術(shù)成熟 程度、制造成本等方面均有著較強的競爭力，不存在像蓄電池（可靠性與壽命，自重以及成本等）這類仍在進行研究與短期內(nèi)較難以解決的技術(shù)問題，同時產(chǎn)品化后制造成本不會有大幅度的提高。由于其優(yōu)越的性能（顯著的節(jié)能效果及與之相關(guān)的低污染性能，車輛動力學特性的提高帶來的高機動性、可控性以及主動安全性）及高性價比，而有著良好的應(yīng)用前景，完全可以發(fā)展成為一類有特色、有優(yōu)勢、有市場的汽車。
第3章 電控液驅(qū)汽車制動能量回收系統(tǒng)方案設(shè)計
3.1主方案的選擇
新型電控液驅(qū)汽車的驅(qū)動和制動可以采用多種方案來實現(xiàn)。每一種方案有其自己的特點和有點?？梢愿鶕?jù)不同的需要來選擇其中的一種方案。下面給出三種主要的實現(xiàn)方案。
方案1可以在客車的前后左右四個車輪各裝一個變量馬達。其基本方案見圖3. 1。
1、 電控單元 2、液壓馬達 3、車輪 4、發(fā)動機 5、液壓泵 6、液壓蓄能器
7、液壓管路 8、車架
圖3.1 在客車四個車輪上各裝一個變量馬達的基本方案圖
該種方案中四個變量馬達可以同時或單獨地進行工作。這主要取決于車輛的行駛工況需要，通過電控單元控制。車輛的驅(qū)動和制動由四個變量馬達來實現(xiàn)。 由于四個變量馬達可以單獨地進行工作，因此，該種方案可以大大提高車輛的操縱穩(wěn)定性、通過性和制動性等。如車輛在加速行駛過程，左右車輪的地面附著系數(shù)不同的情況下（如在冰雪路面上，車輛的一邊車輪在雪地上行駛而另一邊的車輪在瀝青路面上行駛，兩邊車輪上的地面附著系數(shù)是不同的，且相差甚大，可以通過調(diào)節(jié)左右車輪上變量馬達的排量，從而調(diào)節(jié)左右車輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩最大。限度地利用地面所能提供的附著力，使車輪不至于出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。同樣，在車輛 制動過程中，也可以通過調(diào)節(jié)變量馬達的排量來調(diào)節(jié)車輪上制動轉(zhuǎn)矩的大小，防止車輪抱死。而且由于釆用了四個變量馬達，由四個變量馬達共同完成車輛的驅(qū) 動行駛，因此，在相對于釆用兩個變量馬達的車輛來說，其變量馬達的排量可以降低一倍。這樣可以減小變量馬達的體積，方便其在客車上的安裝布置，這對于車輪上有限的空間來說是很有意義的。不過,由于在每個車輪上都裝了一個變量馬達,因此車輛的造價較高，且需要專門的輪邊變量馬達。實現(xiàn)車輛底盤的整體控制也較為復雜。
方案2也可以只在客車的后橋上，左右車輪各裝一個變量馬達。其基本技術(shù)方案見下圖。
1、 電控單元 2、發(fā)動機 3、液壓泵 4、液壓蓄能器 5、管路 6、車輪 7、液壓馬達
8、車架
圖3.2 在客車左右后輪上各裝一個變量馬達的基本方案圖
兩個變量馬達可以同時或單獨地進行工作，車輛的驅(qū)動由這兩個變量馬達來實現(xiàn)。當進行常規(guī)制動時，可以由這兩個變量馬達來完成。而在緊急制動時，責由前輪的常規(guī)制動裝置和后輪的兩個變量馬達同時來完成。
方案3
還有一種方案是在車輛的驅(qū)動橋上主減速器前裝一變量馬達。由這個變量馬 達來實現(xiàn)車輛的驅(qū)動和常規(guī)制動。當需要緊急制動時，可以由前輪的常規(guī)制動裝 置來輔助完成。這是一種比較簡化的方案，在原有客車底盤的基礎(chǔ)上進行改裝設(shè)計較為方便，且車輛底盤的一體化控制比釆用四個或兩個變量馬達的車輛的控制要簡單一些。本課題所設(shè)計的新型電控液驅(qū)客車就是釆用這種方案。其總體方案 見圖3.3。它是對圖2.1的進一步細化和完善。發(fā)動機、液壓泵、液壓馬達、液壓蓄能器、液壓閥等元件間的協(xié)調(diào)工作通過電控單元的合理控制來實現(xiàn)。課題以DD6840S09客車的底盤為基礎(chǔ)進行改裝設(shè)計。原客車的主要參數(shù)和預期改裝設(shè)計 后客車的主要參數(shù)見表3.1。
1、 發(fā)動機 2、液壓泵 3、20、25單向閥 4、濾清器 5、8溢流閥 6、蓄能器
7、液壓單向閥 9、卸荷閥 10、液壓缸 11、14高速開關(guān)閥 15、液壓馬達 16、變速器
17、后橋 18、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 19、21油溫傳感器 22、24油箱 26、車輪叫速度傳感器
圖3.3 新型電控液驅(qū)客車總體方案圖
這里假設(shè)改裝設(shè)計后客車的整車總質(zhì)量不變，客車的輪胎半徑、空氣阻力系數(shù)和迎風面積也不變。由于變量馬達的最高轉(zhuǎn)速限制，為了使改裝設(shè)計后客車的 最高車速達到82km/h，客車的主減速器速比改為4.86。對于電控液驅(qū)汽車來說， 發(fā)動機的工作情況基本上和汽車負荷無關(guān)，因此，在保證改裝設(shè)計后的客車和原客車有相同動力性的前提下，可以減小發(fā)動機的排量。這里發(fā)動機由原來的直列六缸柴油發(fā)動機以CA6110/125Z改為四缸柴油發(fā)動機以CA4DF2-14。發(fā)動機的最大功率由147KW改為103KW。
表3.1 新型電控液驅(qū)客車主要參數(shù)
原客車參數(shù)
整車總質(zhì)量(kg)
12200
主減速比
6.25
輪胎半徑(m)
0.505
空氣阻力系數(shù)
0.6
質(zhì)量換算系數(shù)
1.03
迎風面積(m)
3.3945
發(fā)動機最大功(kw)率
147
最高車速(km/h)
90
最大爬坡度(度)
16
百公里油耗(l)
23
發(fā)動機型號
CA6110/125Z
預期改裝后客車主要參數(shù)
整車總質(zhì)量(kg)
12200
主減速比
4.86
輪胎半徑(m)
0.505
空氣阻力系數(shù)
0.6
質(zhì)量換算系數(shù)
1.03
迎風面積(m)
3.3945
發(fā)動機最大功率(kw)
103
最高車速(km/h)
82
最大爬坡度(度)
16
百公里油耗(l)
19
發(fā)動機型號
CA4DF2-14
3.2本章小結(jié)
通過對三種方案的分析，通過對經(jīng)濟性，動力性等方面。選擇出底盤布置方案，并畫出系統(tǒng)原理圖。
第4章 液壓系統(tǒng)的主要部件設(shè)計
4.1液壓系統(tǒng)壓力的確定
系統(tǒng)工作壓力的選擇范圍要適中。系統(tǒng)工作壓力低，勢必加大液壓的結(jié)構(gòu)尺寸，而由于客車的布置空間限制，不允許過低的工作壓力，同時，從材料消耗角度講也是不經(jīng)濟的。反之，壓力選得過高，對液壓元件密封、制造精度要求 就高，必然加大了制造成本。綜合考慮客車的工作條件，系統(tǒng)工作壓力初選為 20-31.5MPa。
4.2液壓馬達的選擇
4.2.1 根據(jù)最高車速要求
參考原車型的性能要求，確定電控液驅(qū)客車的預期動力性能要求，即的最髙車速、最大爬坡度及測試加速性能的方法。其中用以下兩種方法之試車輛的加速性能：
(1)車輛從0km/h加速到50km/h所需的時間；
(2)車輛從0m加速到400m所需的時間；
根據(jù)最高車速要求，由：
(4.1)
式中：
可以求得為了達到預期最高車速要求，液壓馬達所需的理論功率。
根據(jù)最大爬坡度要求，由：
(4.2)式中：
根據(jù)加速性能要求:
(4.3)
1. 車輛從0km/h加速到50km/h所用時間t
(4.4)
(4.5)
2. 車輛從0m-400m所需時間
(4.6)
(4.7)
式中s-加速了時間t后車輛所行駛的距離
可以求得為了達到預期加速性能要求，液壓馬達所需的理論轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)以上分析計算可以選出三種分別符合各自條件的馬達，然后從三者當中選出排量最大的，作為客車馬達?？蛙嚨闹鳒p速比為6.25在以上三個約束條件 下，若要求客車的爬坡度為16度，則客車的排量要求達到622.7ml/r由于隨著變量馬達排量的提高，一般，馬達的最髙轉(zhuǎn)速將隨之下降。此時的變量馬達的最高轉(zhuǎn)速只有100r/min左右。綜合考慮各種因素，初選變量馬達的排量為180ml/r。 其最高轉(zhuǎn)速為2100r/min。
4.3液壓泵的選擇及零部件的設(shè)計
4.3.1液壓泵的選擇
發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速：
由： (4.8)
發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩：
由： (4.9)
根據(jù)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩：
由： (4.10)
求得液壓泵理論排量。
根據(jù)發(fā)動機最大功率：
由： (4.11)
可求得液壓泵的理論流量：
由： (4.12)
初選變量泵排量為100ml/r。最高轉(zhuǎn)速在2700r/min左右。查手冊選取sundstrand液壓泵。
4.3.2法蘭和彈性聯(lián)軸器的設(shè)計
本設(shè)計采用法蘭支架式聯(lián)接。同時考慮本設(shè)計中的電動機與液壓泵的聯(lián)接在安裝時產(chǎn)生同軸度誤差帶來的不良影響，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。為了增加電動機與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，本設(shè)計把液壓泵和電動機先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。
根據(jù)電機輸出軸直徑和柱塞泵輸入軸直徑無法選用標準的聯(lián)軸器，所以自行設(shè)計梅花型彈性聯(lián)軸器。
4.4液壓油的選擇
汽車的工作環(huán)境惡劣變化很大。在選擇液壓油的時候，可以從以下幾個方面來考慮：
1.液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件
液壓系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生很多的熱量，使得液壓油的溫度升髙。因此要 求液壓油要有髙的抗燃性，即有高的閃點和自燃點。為了保證汽車有良好的乘坐舒適性要求液壓油要有消除噪聲的能力（空氣溶解度、消泡性〕。同時要求液壓濁對環(huán)境污染要小，沒有毒性與氣味。
2.液壓系統(tǒng)的工作條件
液壓系統(tǒng)工作在高壓狀態(tài)下壓力達31.5Mpa，要求液壓油有高的極壓承載力，高壓下的潤滑性能要好。汽車的工作溫度隨季節(jié)和地區(qū)的變化而變化，因此對液壓油的粘度、粘一溫特性、熱穩(wěn)定性和低溫流動性要求較髙。
3.工作介質(zhì)的質(zhì)量
考慮液壓油的物理化學指標，對金屬和密封件的適應(yīng)性，防銹和防腐蝕能力, 抗氧化穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性。
4.經(jīng)濟性要求液壓油的價格低廉，使用壽命長，易維護與保養(yǎng)。綜合考慮液壓系統(tǒng)的工作條件及液壓泵和液壓馬達的要求，選擇YA-32液壓油。
4.5管件的選擇
由于液壓系統(tǒng)工作在高壓狀態(tài)下，因此選用耐高壓鋼管作為液壓系統(tǒng)的管道。 道內(nèi)油液的流量可以根據(jù)液壓馬達的最大流量來計算。
管子內(nèi)徑可以用下列公式計算：
(4.13)
式中d-管子的內(nèi)徑
q-油液的流量
v-管內(nèi)油液的油量，按規(guī)定的推薦流速選取
由于管道較短，取v=7.6m/s。液壓馬達最大流量q=324L/min、計算得管子內(nèi)徑d=30mm，查手冊取d=32mm鋼管。
4.6液壓蓄能器的選擇
4.6.1 蓄能器類型的選擇
蓄能器在液壓系統(tǒng)中的主要功能是儲存能量、吸收脈動壓力、吸收沖擊壓力 以及短時大量供油等。從能量回收和液壓系統(tǒng)對外界突發(fā)工況的適應(yīng)能力來講， 蓄能器的容積應(yīng)盡可能的大。但是蓄能器的容積大帶來的后果是結(jié)構(gòu)尺寸大，重量大。因此蓄能器的容積受到了客車的布置空間及自身重量的限制。蓄能器在本 系統(tǒng)中要求有較強的能量儲存與釋放功能，以及反應(yīng)靈敏，工作平穩(wěn)可靠，使用方便壽命長等。綜合比較彈簧式、氣瓶式、活塞式和氣囊式蓄能器的特點，選擇容積100L的氣囊式蓄能器NXQ-L100。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4.1。
圖4.1 NXQ型氣囊式蓄能器結(jié)構(gòu)圖、
4.6.2 蓄能器參數(shù)確定
選擇蓄能器的初始充氣壓力為18MPa,由：
(4.14)
式中：
由于蓄能器工作過程大多術(shù)語多變過程，在貯油時，氣體壓縮為等溫過程，放油時氣體 膨脹為絕熱過程，多變指數(shù)N取1.2，可以計算出：
(4.15)
4.7油箱的設(shè)計
液壓油箱的作用是貯存液壓油、充分供給液壓系統(tǒng)一定溫度范圍的清潔油液，并對回油進行冷卻，分離出所含的雜質(zhì)和氣泡。
4.7.1 液壓油箱有效容積的確定
液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量可概略地確定為：
(4.16)
表4-1 液壓油箱壓力范圍表
系統(tǒng)類型
低壓系統(tǒng)（）
中壓系統(tǒng)（）
中高壓或大功率系統(tǒng)（）
2~4
5~7
6~12
根據(jù)實際設(shè)計需要，選擇的，所以此系統(tǒng)屬于中高壓系統(tǒng)，所以取：
(4.17)
式中：－液壓油箱有效容量；
－液壓泵額定流量。
參照《機械設(shè)計手冊》成大先P20-767鍛壓機械的油箱容積通常取為每分鐘流量的6-12倍。
即：
應(yīng)當注意：設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的80%。
所以，實際油箱的體積為：
4.7.2 液壓油箱的外形尺寸設(shè)計
液壓油箱的有效面積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般設(shè)計尺寸比（長：寬：高）為1：1：1~1：2：3。但有時為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容量予以增大，本設(shè)計中的油箱根據(jù)液壓泵與電動機的聯(lián)接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。
4.7.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
一般的開式油箱是用鋼板焊接而成的，大型的油箱則是用型鋼作為骨架的，再在外表焊接鋼板。油箱的形狀一般是正方形或長方形，為了便于清洗油箱內(nèi)壁及箱內(nèi)濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設(shè)計油箱時應(yīng)考慮的幾點要求：
1. 壁板：壁板厚度一般是3~4mm；容量大的油箱一般取4~6mm。本設(shè)計中取油箱的壁厚為6mm。對于大容量的油箱，為了清洗方便，也可以在油箱側(cè)壁開較大的窗口，并用側(cè)蓋板緊密封閉。
2. 底板與底腳：底板應(yīng)比側(cè)板稍厚一些，底板應(yīng)有適當傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應(yīng)做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。油箱的底部應(yīng)裝設(shè)底腳，底腳高度一般為150~200mm，以利于通風散熱及排出箱內(nèi)油液。一般采用型鋼來加工底腳。本設(shè)計中用的是槽鋼加工的。
3. 頂板：頂板一般取得厚一些，為6~10mm，因為本設(shè)計把泵、閥和電動機安裝在油箱頂部上時，頂板厚度選最大值10mm。頂板上的元件和部件的安裝面應(yīng)該經(jīng)過機械加工，以保證安裝精度，同時為了減少機加工工作量，安裝面應(yīng)該用形狀和尺寸適當?shù)暮皲摪搴附印?
4. 隔板：油箱內(nèi)一般設(shè)有隔板，隔板的作用是使回油區(qū)與泵的吸油區(qū)隔開，增大油液循環(huán)的路徑，降低油液的循環(huán)速度，有利于降溫散熱、氣泡析出和雜質(zhì)沉淀。隔板的安裝型式有多種，隔板一般沿油箱的縱向布置，其高度一般為最低液面高度的2/3~3/4。有時隔板可以設(shè)計成高出液壓油面，使液壓油從隔板側(cè)面流過；在中部開有較大的窗口并配上適當面積的濾網(wǎng)，對油液進行粗濾。
5. 側(cè)板：側(cè)板厚度一般為3-4mm，側(cè)板四周頂部應(yīng)該加工成高出油箱頂板3~4mm，為了使液壓元件的在工作等的情況下泄漏出來的油不至于灑落在地面上或操作者的身上，同時可以防止液壓油箱的頂板在潮濕的氣候中腐蝕。
回油管及吸油管為了防止出現(xiàn)吸空和回油沖擊油面形成泡沫，油泵的吸油管和回油管應(yīng)布置在油箱最低液面50~100mm以下，管口與箱底距離不應(yīng)小于2倍的管徑，防止吸入沉淀物。管口應(yīng)切成，切口面向箱壁，與箱壁之距離為3倍管徑?；赜凸艿某隹诮^對不允許放在液面以上。本設(shè)計的管口與箱底的距離為160mm，切口與箱壁的距離為250mm。
6. 回油集管的考慮：單獨設(shè)置回油管當然是理想的，但不得已時則應(yīng)使用回油集管。對溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計回油集管，不要人為地施以背壓。
7. 吸油管： 吸油管前一般應(yīng)該設(shè)置濾油器，其精度為100~200目的網(wǎng)式或線式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應(yīng)不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。
8. 泄油油管的配置： 管子直徑和長度要適當，管口應(yīng)該在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。
9. 過濾網(wǎng)的配置：過濾網(wǎng)可以設(shè)計成液壓油箱內(nèi)部一分為二，使吸油管與回油管隔開，這樣液壓油可以經(jīng)過一次過濾。過濾網(wǎng)通常使用50~100目左右的金屬網(wǎng)。
10. 濾油器： 濾油器的作用及過濾精度 液壓系統(tǒng)中的液壓油經(jīng)常混有雜質(zhì)，如空氣中的塵埃、氧化皮、鐵屑、金屬粉末。密封材料碎片、油漆皮和 紗纖維。這些雜質(zhì)是造成液壓元件故障的額重要原因，它們會造成油泵、油馬達及閥類元件內(nèi)運動件和密封件的磨損和劃傷，閥芯卡死，小孔堵塞等故障，影響液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。近年來對液壓油的污染控制已經(jīng)開始引起人們的極大重視。
為了便于隨時檢查和觀察箱內(nèi)液體液位的情況，應(yīng)該在油箱壁板的側(cè)面安裝液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般選用帶有溫度計的液面指示器。
油箱頂板需要裝設(shè)空氣濾清器，對進入油箱的空氣進行過濾，防止大氣中的雜質(zhì)污染液壓油?？諝鉃V清器的過濾能力一般為油泵流量的兩倍，其過濾精度應(yīng)與液壓系統(tǒng)中最細的濾油器的精度相同。
油箱內(nèi)部應(yīng)刷淺色的耐油油漆。以防止銹蝕。
4.8液壓缸的設(shè)計
4.8.1液壓缸的工作壓力確定
工作壓力與系統(tǒng)壓力一致為31.5MPa
4.8.2液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
單活塞桿液壓缸計算如下：
(4.18)
式中：
由上式可得：
(4.19)
查手冊D=50mm d=0.7D=32mm
4.8.3 液壓缸壁厚和外徑的計算
按薄壁圓筒公式計算：
(4.20)
查手冊 則液壓缸外徑
4.8.4 液壓缸工作行程的確定
由于在液壓缸工作時要完成如下動作如圖4-2
圖4-2 液壓缸行程圖
即可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大長度而確定。由上述動作可知工作行程為200mm。
4.8.5缸蓋厚度的確定
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度按強度要求可用下式進行近似計算。
(4.21)
(4.22)
可分別取14mm和23mm
4.8.6 最小導向長度的確定
(4.23)
活塞桿寬度為B，一般取B=（0.6-1.0）D缸蓋滑支撐面長度。根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。當。
4.8.7 缸體長度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑D的20-30倍。
即：缸體內(nèi)部長度200+50=250mm
即取缸體長度為290mm
4.8.8 液壓缸強度校核
（1）缸筒壁厚校核：一般情況下，液壓缸鋼筒壁厚由結(jié)構(gòu)確定，必要時進行強度校核。因為，
由：= (4.24)
（2）活塞桿強度校核
由：25 (4.25)
根據(jù)以上計算得出，所設(shè)計的液壓缸符合強度標準。
4.9液壓閥的選擇
本液壓系統(tǒng)中采用了多種液壓閥以實現(xiàn)不同的功能。主要用到的液壓閥有：單向閥，溢流閥，電磁二通閥，卸荷閥，減壓閥等。在選擇液壓閥時要考慮：液壓閥的允許通過的最大流量要大于或等于系統(tǒng)所要求的最大流量;閥的額定工作壓力應(yīng)大于或等于系統(tǒng)的最高工作壓力；閥的壓降在允許范圍 ；盡可能減小液壓閥的體積和質(zhì)量。關(guān)于液壓閥的具體選擇要求和使用細節(jié)可以在液壓工作手冊和液壓產(chǎn)品使用說明書中查詢。
4.9本章小結(jié)
根據(jù)液壓系統(tǒng)的各項要求，設(shè)計了所需的液壓元件。使液壓系統(tǒng)能夠順利的進行工作。通過計算，令本液壓系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。盡量的減小元件體積。
第5章 電控液驅(qū)客車的動力性分析
5.1 行駛阻力特性分析
假設(shè)汽車勻速行駛，即Ff=0，在行駛過程中受到滾動阻力Ff，空氣阻力Fw與坡度阻力Fi的作用：
(5.1)
根據(jù)客車參數(shù)，可以作出行駛阻力特性圖。如圖5-1，由圖可知車輛的行駛阻力隨車速和坡度的升高而增大。
圖5-1 車輛行駛阻力特性圖
5.2動力性分析
5.2.1 加速過程的性能分析
在客車加速性能分析時，不考慮客車的經(jīng)濟性，而是分析客車所能達到的最大加速性能。因此客車所能達到最大的加速性能與客車選用的是變量泵或定量泵無關(guān)。
假定客車在水平的路面上從速度0開始加速行駛，客車行駛所需的高壓油由液壓泵提供，客車以其所能達到的最大加速度加速行駛。
由： (5.2)
可求得變量馬達所能提供最大轉(zhuǎn)矩。
由： (5.3)
式中：。
可以求得客車行駛過程中所需克服的滾動阻力和空氣阻力矩。
由： (5.4)
可以求得客車在t時刻加速度。在增加了dt時間后，客車的速度有下式求得。
（5.5）
式中 ：
由： （5.6）
可以求得變量馬達在時刻
由： （5.7）
可以求得變量馬達在時刻的流量（L/min）
由： （5.8）
可以得出變量馬達的排量（ml/r）
在：
由： （5.9）
在時刻
由： （5.10）
式中：
在初始壓力下，蓄能器的初始體積
（5.11）
由：
式中：
可以求得發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
根據(jù)客車的參數(shù)可以仿真出客車加速過程中，液壓泵和變量馬達的排量、流量、轉(zhuǎn)速以及蓄能器壓力、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率的變化情況。
在仿真過程中，對于變量馬達和液壓泵給定了一個簡單的控制模式。即，在蓄能器初始壓力低于31.5Mpa時液壓泵以最大流量工作。且當變量馬達所需流 量超過液壓泵所能提供的最大流量的0.9倍時，若蓄能器的壓力還沒有達到最大 值，則控制馬達的流量，使它等于液壓泵的流量的0.9倍。等到蓄能器的壓力達 到31.5Mpa時，再讓馬達的流量等于泵的最大流量。這樣雖然在短時間內(nèi)使客車的加速度有所下降，但是可以使蓄能器的壓力繼續(xù)上升，對接下來的客車加速有利。而且可以保證客車的最高車速不下降?？蛙嚨淖罡哕囁俸托钅芷鞯淖罱K壓力 有關(guān)。在變量馬達的最高轉(zhuǎn)速允許的情況下，蓄能器的最終壓力越大，在其他條件相同時，變量馬達所提供的轉(zhuǎn)矩也越大，其所能克服的車輛行駛阻力也越大，車輛的最高車速也越高。
5.2.2制動過程的性能分析
客車制動過程中，由于發(fā)動機處于怠速狀態(tài)，因此不管客車釆用的是定量泵還是變量泵其制動性能是一樣的。假設(shè)客車在水平的路面上以一定的初始車速開始制動。
變量馬達所能提供的最大制動轉(zhuǎn)矩：
由： （5.12）
制動減速度：
（5.13）
變量馬達的轉(zhuǎn)速可由（5-9）式求得。蓄能器的體積變化量：
由： （5.14）
而蓄能器的壓力由上式求得。
制動過程中，客車的餓行駛速度：
由：
式中：
客車的制動距離：
由：
式中：
在仿真過程中假設(shè)客車在水平的路面上從50km/h的速度開制動減速，車輪上無裝備其它的輔助制動裝置，客車制動所需的制動力完全由變量馬達提供，客車以變量馬達所能提供的最大的制動轉(zhuǎn)矩進行制動。
圖5-1是客車制動過程中，客車制動減速度、行駛速度和行駛距離、蓄能器壓力和制動時間的關(guān)系圖。在相同的初始車速下，客車制動時蓄能器的初始壓力對客車的制動減速度影響較大。蓄能器的初始壓力為31.5Mpa時，客車的制動減速度最大，客車制動距離最短相應(yīng)地從幵始制動到停車所用的時間也最短。由：
（5.15）
可知，當蓄能器的初始壓力低于31.5Mpa時，制動過程中客車所擁有的動能通過 變量馬達給蓄能器充壓。此時變量馬達作為液壓泵使用。蓄能器內(nèi)的壓力隨之升高，同時變量馬達所提供的制動轉(zhuǎn)矩也隨之增大，從而制動減速度也有所增大。當蓄能器的壓力達到最大時，變量馬達所提供的制動轉(zhuǎn)矩也達到最大，因此制動減速度也達到最大。蓄能器的壓力達到最大后，從變量馬達出來的高壓油將全部通過溢流閥流掉。此后客車所具有的能量將無法進行回收。在制動過程中隨著客 車速度的減小，空氣阻力和滾動阻力也隨之減小，客車的制動減速度也會隨之有 所減小。蓄能器的初始壓力對客車的制動性能有較大的影響。蓄能器的初始壓力 髙的，其制動性能好（這里假設(shè)沒有用其它的制動輔助裝置。但是蓄能器的初始壓力對客車制動過程中的能量回收效率影響很大。在制動時，一般蓄能器的初始壓力低的，能量回收率高壓力低的，能量回收率高。如圖5-2中，蓄能器的初始壓力為20Mpa,可以全部回收客車在制動時所具有的所有動能。而蓄能器的初始壓力為25.75Mpa時候。只能回收部分動能。對于蓄能器的初始壓力為31.5Mpa的，不能回收任何能量。從能量回收角度來講，希望在制動時蓄能器的初始壓力盡可能低一些，以提高蓄能器的能量回收率。
圖5-2 加速過程性能分析圖
5.2.3最大爬坡度分析
假設(shè)客車以一定的車速勻速爬坡。變量馬達轉(zhuǎn)速：
由： （5.16）
式中：u-客車爬坡時的速度
當馬達的流量等于泵的最大流量時馬達的排量：
由： （5.17）
變量馬達所能提供的最大轉(zhuǎn)矩：
由： （5.18）
客車的最大爬坡度：
由： （5.19）
圖5-3 客車最大爬坡度與行駛速度的關(guān)系
圖5.3是客車的最大爬坡度與行駛速度的關(guān)系圖?？蛙嚨淖畲笈榔露扰c爬坡時蓄能器的壓力有關(guān)。蓄能器的壓力越大，最大爬坡度越大。在給定蓄能器的初始壓力下，當客車行駛的速度小于30km/h時，由于變量馬達的最大排量限制，變量馬達所能提供的最大功率要小于發(fā)動機所能提供的最大功率，因此在這一速度區(qū)間內(nèi)客車的最大爬坡度受到變量馬達的最大排量的限制，無法完全利用發(fā)動機所能提供的最大功率。當然，可以通過增大變量馬達的最大排量來提高最大爬坡度的數(shù)值?？蛙囆旭偟乃俣鹊扔诨虼笥?0km/h時，正好是變量馬達所能提供的最大功率等于發(fā)動機所能提供的最
大這時最大爬坡度就與變量馬達的最大排量無關(guān)了。
從圖中可以看出客車的爬坡性能較差，最大爬坡度只有4度。因此，需要釆用其他的方案來改善客車的爬坡性能。
5.3方案分析
從以上分析可以看出客車的動力性較差，最大爬坡度在2.3-4度之間（車速為5km/h時），客車從0加速到50km/h作所需時間為31?37.2s之間。由于客車的總質(zhì)量較大為12200kg。若只在原客車的主減速器前裝一變量馬達，則為了不降低原客車的動力性需要馬達的排量很大。這使得變量馬達的質(zhì)量和體積變得很大，在客車底盤上難以布置。并且變量馬達的排量增大導致其最高轉(zhuǎn)速降低，使得客車的最高車速降低。從經(jīng)濟上考慮也是不合適的。因此，必須尋求其他的方案。
以下給出了兩種解決方案。一種是在客車的前后四個車輪上都各自裝上一個變量馬達，或是在后橋的兩個車輪上各裝一個變量馬達，而取消主減速器。這樣可以降低對變量馬達最高轉(zhuǎn)速的要求，選擇排量較大的變量馬達，提高客車的最高車速并且由于釆用兩個或四個變量馬達及加大了變量馬達的排量，變量馬達總的排量加大了很多，可以滿足客車的動力性要求。另一種方案是在主減速器前裝入一個兩級的變速器。在客車爬坡或低速加速時，可以釆用較大的傳動比，這樣可以增大變量馬達加在車輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，提高客車的低速動力性。而在客車高速行駛時則釆用較小的傳動比，保證客車的最髙車速不降低。
5.4本章小結(jié)
對系統(tǒng)進行動力性仿真分析，通過三個方面進行分析。加速，制動，與最大爬坡度的動力性分析。
經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)客車不能達到所需爬坡度。所以對之建立解決方案。選擇了在主減速器前加一個二級變速器，通過變量馬達來調(diào)節(jié)變速器自動換擋。當客車在高速行駛時采用較小的傳動比。高速時采用較大的傳動比。保證客車的車速不降低。這樣可以在馬達排量較低的情況下滿足客車的動力要求。
第6章 電控液驅(qū)客車的經(jīng)濟性分析
汽車的經(jīng)濟性主要是根據(jù)國家規(guī)定的模擬城市工況循環(huán)燃料消耗量試驗方法進行仿真分析。對于城市客車，采用四工況循環(huán)試驗方法進行計算分析。一個四工況循環(huán)分若干個加速、等速、減速及怠速工況。先求出各分工況的燃油消耗量， 再把其相加，便可以得到一個四工況的燃油消耗量。讓客車按四工況重復循環(huán)行駛，直至行駛100公里把各個四工況的燃油消耗量相加，便可以得到整個四工況循環(huán)的百公里燃油消耗量。城市四工況循環(huán)見圖6.1，具體說明見表6.1。
在分折汽車的經(jīng)濟性的同時，也可以分析變量馬達、變量泵、蓄能器及發(fā)動機等的主要參數(shù)隨時間的變化關(guān)系。采用發(fā)動機萬有特性圖。
圖6-1 城市客車四工況循環(huán)
表6-1 城市四工況循環(huán)說明
工況序號
運轉(zhuǎn)狀態(tài)(km/h)
行程（m）
累積行程（m）
時間(s)
1
0?25
換擋加速
5.5
5.5
5.6
24.5
30
8.8
50
80
11.8
70
150
11.4
2
25
120
270
17.2
3
25?40
160
430
17.7
4
減速行駛
270
700
24.3
6.1 ?采用變量泵的燃油經(jīng)濟性分析
釆用變量泵的四工況循環(huán)燃油經(jīng)濟性分析的方法與釆用定量泵的四工況循環(huán)燃油經(jīng)濟性分析的方法相仿。也是分別計算各加速、等速、減速和怠速的燃油消耗量。然后把他們相加，得到一個四工況的燃油消耗量。讓客車按四工況重復循環(huán)行駛，直至行駛100公里，把各個四工況的燃油消耗量相加，便可以得到四工況的百公里燃油消耗量。
同樣，客車的燃油經(jīng)濟性和客車行駛過程中對變量泵、變量馬達和發(fā)動機所釆用的控制策略有關(guān)。對于不同的控制策略其仿真計算的邏輯框圖也是不一樣的。 在釆用變量泵的客車的燃油經(jīng)濟性仿真分析的過程中，同樣給定了一個簡單的控制模式。即，在蓄能器的壓力大于或等于31.5Mpa時，則發(fā)動機處于怠速狀態(tài)變量泵不工作。此時客車行駛所需能量全部由蓄能器提供。等到蓄能器的壓力到達20Mpa時，通過控制發(fā)動機的油門和變量泵的排量使發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟區(qū)。變量泵提供的高壓油一部分給蓄能器充壓，一部分通過變量馬達驅(qū)動客車行駛。若發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟區(qū)所發(fā)出的功率不足以滿足客車行駛的要求，則慢慢增大發(fā)動機發(fā)出的功率，使其功率剛好能滿足客車行駛的要求。這時不再對蓄能器充壓，即蓄能器的壓力保持不變。此外，和釆用定量泵的客車相同，在客車按四工況循環(huán)行駛時，若變量馬達所能提供的最大轉(zhuǎn)矩還不足以滿足客車按四工況循環(huán)時所需要的轉(zhuǎn)矩和要求時，客車的加速度按變量馬達所能提供的最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的加速度來計算。同樣從下面的仿真結(jié)果分析可以看出，這種情況也沒有出現(xiàn)。
6.1.1加速工況燃油消耗量計算
假定客車在水平的路面上行駛。為達到所要求的加速度，變量馬達所需提供的轉(zhuǎn)矩。
由：（6.1）
變量馬達的所需排量：
由： （6.2）
發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩：
由： （6.3）
發(fā)動機轉(zhuǎn)速：
由： （6.4）
發(fā)動機功率：
由： （6.5）
由發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩可以從發(fā)動機的萬有特性圖中插值出相應(yīng)的燃油消耗率。
發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，功率可以由式上式求得。同樣由發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以從發(fā)動機的萬有特性圖中插值出相應(yīng)的燃油消耗率。蓄能器的體積變化量，此時的壓力和體積可以分別由上式求得。
蓄能器體積變化量：
由： （6.6）
蓄能器體積：
由： （6.7）
蓄能器的壓力可以由式（5-13）求得。
在t時刻，單位時間的燃油消耗量：
由： （6.8）
客車行駛速度每增加0.1/km/h所需時間：
由： （6.9）
在時間內(nèi)汽車所需燃油量：
由： （6.10）
式中-在時刻，單位時間的燃油消耗量。
在時刻汽車的行駛距離：
由： （6.11）
由：
式中：
6.1.2等速工況燃油消耗量計算
假定客車在水